v4l2

转载地址：http://blog.csdn.net/ljclx1748/article/details/8552661

http://linuxtv.org/downloads/v4l-dvb-apis/

一，什么是 video4linux

Video4linux（简称V4L),是linux中关于视频设备的内核驱动,现在已有Video4linux2，还未加入linux内核，使用需自己 下载补丁。在Linux中，视频设备是设备文件，可以像访问普通文件一样对其进行读写，摄像头在/dev/videoN下，N可能为0，1，2，3... 一般0.

另，推荐一个用于播放从摄像头采集到的raw数据的播放器RawPlayer，只需要把采集的数据保存到文件***.yuv就OK了。

二，V4L2采集视频流程

1. 打开设备文件。 int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR);
2. 取得设备的capability，看看设备具有什么功能，比如是否具有视频输入,或者音频输入输出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability
3. 选择视频输入，一个视频设备可以有多个视频输入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input
4. 设置视频的制式和帧格式，制式包括PAL，NTSC，帧的格式个包括宽度和高度等。
VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format
5. 向驱动申请帧缓冲，一般不超过5个。struct v4l2_requestbuffers
6. 将申请到的帧缓冲映射到用户空间，这样就可以直接操作采集到的帧了，而不必去复制。mmap
7. 将申请到的帧缓冲全部入队列，以便存放采集到的数据.VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer
8. 开始视频的采集。VIDIOC_STREAMON
9. 出队列以取得已采集数据的帧缓冲，取得原始采集数据。VIDIOC_DQBUF
10. 将缓冲重新入队列尾,这样可以循环采集。VIDIOC_QBUF
11. 停止视频的采集。VIDIOC_STREAMOFF
12. 关闭视频设备。close(fd);
三、常用的结构体(参见/usr/include/linux/videodev2.h)：

struct v4l2_requestbuffers reqbufs;//向驱动申请帧缓冲的请求，里面包含申请的个数
struct v4l2_capability cap;//这个设备的功能，比如是否是视频输入设备
struct v4l2_input input; //视频输入
struct v4l2_standard std;//视频的制式，比如PAL，NTSC
struct v4l2_format fmt;//帧的格式，比如宽度，高度等

struct v4l2_buffer buf;//代表驱动中的一帧
v4l2_std_id stdid;//视频制式，例如：V4L2_STD_PAL_B
struct v4l2_queryctrl query;//查询的控制
struct v4l2_control control;//具体控制的值

下面具体说明开发流程（网上找的啦，也在学习么）

打开视频设备

在V4L2中，视频设备被看做一个文件。使用open函数打开这个设备：

// 用非阻塞模式打开摄像头设备

int cameraFd;

cameraFd = open(“/dev/video0″, O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);

// 如果用阻塞模式打开摄像头设备，上述代码变为：

//cameraFd = open(”/dev/video0″, O_RDWR, 0);

关于阻塞模式和非阻塞模式

应用程序能够使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备，如果使用非阻塞模式调用视频设备，即使尚未捕获到信息，驱动依 旧会把缓存（DQBUFF）里的东西返回给应用程序。

设定属性及采集方式

打开视频设备后，可以设置该视频设备的属性，例如裁剪、缩放等。这一步是可选的。在Linux编程中，一般使用 ioctl函数来对设备的I/O通道进行管理：

extern int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, …) __THROW;

__fd：设备的ID，例如刚才用open函数打开视频通道后返回的cameraFd；

__request：具体的命令标志符。

在进行V4L2开发中，一般会用到以下的命令标志符：

VIDIOC_REQBUFS：分配内存 
VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址 
VIDIOC_QUERYCAP：查询驱动功能 
VIDIOC_ENUM_FMT：获取当前驱动支持的视频格式 
VIDIOC_S_FMT：设置当前驱动的频捕获格式 
VIDIOC_G_FMT：读取当前驱动的频捕获格式 
VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式 
VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪能力 
VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框 
VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框 
VIDIOC_QBUF：把数据从缓存中读取出来 
VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列 
VIDIOC_STREAMON：开始视频显示函数 
VIDIOC_STREAMOFF：结束视频显示函数 
VIDIOC_QUERYSTD：检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。 
这些IO调用，有些是必须的，有些是可选择的。

检查当前视频设备支持的标准

在亚洲，一般使用PAL（720X576）制式的摄像头，而欧洲一般使用NTSC（720X480），使用 VIDIOC_QUERYSTD来检测：

v4l2_std_id std;

do {

ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYSTD, &std);

} while (ret == -1 && errno == EAGAIN);

switch (std) {

case V4L2_STD_NTSC:

//……

case V4L2_STD_PAL:

//……

}

设置视频捕获格式

当检测完视频设备支持的标准后，还需要设定视频捕获格式：

struct v4l2_format fmt;

memset ( &fmt, 0, sizeof(fmt) );

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

fmt.fmt.pix.width = 720;

fmt.fmt.pix.height = 576;

fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;

fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;

if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) == -1) {

return -1;

}

v4l2_format结构体定义如下：

struct v4l2_format

{

enum v4l2_buf_type type; // 数据流类型，必须永远是//V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

union

{

struct v4l2_pix_format pix;

struct v4l2_window win;

struct v4l2_vbi_format vbi;

__u8 raw_data[200]; 

} fmt;

};

struct v4l2_pix_format

{

__u32 width; // 宽，必须是16的倍数

__u32 height; // 高，必须是16的倍数

__u32 pixelformat; // 视频数据存储类型，例如是//YUV4：2：2还是RGB

enum v4l2_field field;

__u32 bytesperline; 

__u32 sizeimage;

enum v4l2_colorspace colorspace;

__u32 priv; 

};

分配内存

接下来可以为视频捕获分配内存：

struct v4l2_requestbuffers req;

if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {

return -1;

}

v4l2_requestbuffers定义如下：

struct v4l2_requestbuffers

{

__u32 count; // 缓存数量，也就是说在缓存队列里保持多少张照片

enum v4l2_buf_type type; // 数据流类型，必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

enum v4l2_memory memory; // V4L2_MEMORY_MMAP 或 V4L2_MEMORY_USERPTR

__u32 reserved[2];

};

获取并记录缓存的物理空间

使用VIDIOC_REQBUFS，我们获取了req.count个缓存，下一步通过调用 VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址，最后把这段缓存放入缓存队列：


<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->

typedef struct VideoBuffer {

void *start;

size_t length;

} VideoBuffer;



VideoBuffer* buffers = calloc( req.count, sizeof(*buffers) );

struct v4l2_buffer buf;



for (numBufs = 0; numBufs < req.count; numBufs++) {

memset( &buf, 0, sizeof(buf) );

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

buf.index = numBufs;

// 读取缓存

if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {

return -1;

}

buffers[numBufs].length = buf.length;

// 转换成相对地址

buffers[numBufs].start = mmap(NULL, buf.length,

PROT_READ | PROT_WRITE,

MAP_SHARED,

fd, buf.m.offset);



if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED) {

return -1;

}



// 放入缓存队列

if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

return -1;

}

}

四，关于视频采集方式

操作系统一般把系统使用的内存划分成用户空间和内核空间，分别由应用程序管理和操作系统管理。应用程序可以直接访问 内存的地址，而内核空间存放的是 供内核访问的代码和数据，用户不能直接访问。v4l2捕获的数据，最初是存放在内核空间的，这意味着用户不能直接访问该段内存，必须通过某些手段来转换地 址。

一共有三种视频采集方式：使用read、write方式；内存映射方式和用户指针模式。

read、write方式:在用户空间和内核空间不断拷贝数据，占用了大量用户内存空间，效率不高。

内存映射方式：把设备里的内存映射到应用程序中的内存控件，直接处理设备内存，这是一种有效的方式。上面的mmap 函数就是使用这种方式。

用户指针模式：内存片段由应用程序自己分配。这点需要在v4l2_requestbuffers里将memory字 段设置成V4L2_MEMORY_USERPTR。

处理采集数据

V4L2有一个数据缓存，存放req.count数量的缓存数据。数据缓存采用FIFO的方式，当应用程序调用缓存 数据时，缓存队列将最先采集到的 视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个ioctl命令,VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_QBUF：

struct v4l2_buffer buf;

memset(&buf,0,sizeof(buf));

buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;

buf.index=0;

//读取缓存

if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)

{

return -1;

}

//…………视频处理算法

//重新放入缓存队列

if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

return -1;

}

关闭视频设备

使用close函数关闭一个视频设备

close(cameraFd)

 

1. 定义 

V4L2(Video For Linux Two) 是内核提供给应用程序访问音、视频驱动的统一接口。



2. 工作流程： 

打开设备－> 检查和设置设备属性－> 设置帧格式－> 设置一种输入输出方法（缓冲区管理）－> 循环获取数据－> 关闭设备。



3. 设备的打开和关闭： 



#include <fcntl.h> 

int open(const char *device_name, int flags); 



#include <unistd.h> 

int close(int fd); 

例： 

int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR);// 打开设备

close(fd);// 关闭设备



注意：V4L2 的相关定义包含在头文件<linux/videodev2.h> 中. 



4. 查询设备属性： VIDIOC_QUERYCAP 

相关函数：

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp); 

相关结构体：

struct v4l2_capability 

{ 

__u8 driver[16]; // 驱动名字

__u8 card[32]; // 设备名字

__u8 bus_info[32]; // 设备在系统中的位置

__u32 version; // 驱动版本号

__u32 capabilities; // 设备支持的操作

__u32 reserved[4]; // 保留字段

}; 

capabilities 常用值: 

V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE // 是否支持图像获取



例：显示设备信息 

struct v4l2_capability cap; 

ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap); 

printf(“Driver Name:%s/nCard Name:%s/nBus info:%s/nDriver Version:%u.%u.%u/n”,cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version>>16)&0XFF, (cap.version>>8)&0XFF,cap.version&OXFF); 



5. 帧格式： 

VIDIOC_ENUM_FMT // 显示所有支持的格式

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp); 

struct v4l2_fmtdesc 

{ 

__u32 index; // 要查询的格式序号，应用程序设置

enum v4l2_buf_type type; // 帧类型，应用程序设置

__u32 flags; // 是否为压缩格式

__u8 description[32]; // 格式名称

__u32 pixelformat; // 格式

__u32 reserved[4]; // 保留

}; 

例：显示所有支持的格式 

struct v4l2_fmtdesc fmtdesc; 

fmtdesc.index=0; 

fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

printf("Support format:/n"); 

while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1) 

{ 

printf("/t%d.%s/n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description); 

fmtdesc.index++; 

} 



// 查看或设置当前格式

VIDIOC_G_FMT, VIDIOC_S_FMT 

// 检查是否支持某种格式

VIDIOC_TRY_FMT 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp); 

struct v4l2_format 

{ 

enum v4l2_buf_type type;// 帧类型，应用程序设置

union fmt 

{ 

struct v4l2_pix_format pix;// 视频设备使用

struct v4l2_window win; 

struct v4l2_vbi_format vbi; 

struct v4l2_sliced_vbi_format sliced; 

__u8 raw_data[200]; 

}; 

}; 



struct v4l2_pix_format 

{ 

__u32 width; // 帧宽，单位像素

__u32 height; // 帧高，单位像素

__u32 pixelformat; // 帧格式

enum v4l2_field field; 

__u32 bytesperline; 

__u32 sizeimage; 

enum v4l2_colorspace colorspace; 

__u32 priv; 

}; 

例：显示当前帧的相关信息 

struct v4l2_format fmt; 

fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt); 

printf(“Current data format information:/n/twidth:%d/n/theight:%d/n”,fmt.fmt.width,fmt.fmt.height); 

struct v4l2_fmtdesc fmtdesc; 

fmtdesc.index=0; 

fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1) 

{ 

if(fmtdesc.pixelformat & fmt.fmt.pixelformat) 

{ 

printf(“/tformat:%s/n”,fmtdesc.description); 

break; 

} 

fmtdesc.index++; 

} 

例：检查是否支持某种帧格式 

struct v4l2_format fmt; 

fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_RGB32; 

if(ioctl(fd,VIDIOC_TRY_FMT,&fmt)==-1) 

if(errno==EINVAL) 

printf(“not support format RGB32!/n”); 



6. 图像的缩放 

VIDIOC_CROPCAP 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp); 

struct v4l2_cropcap 

{ 

enum v4l2_buf_type type;// 应用程序设置

struct v4l2_rect bounds;// 最大边界

struct v4l2_rect defrect;// 默认值

struct v4l2_fract pixelaspect; 

}; 





// 设置缩放

VIDIOC_G_CROP,VIDIOC_S_CROP 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp); 

int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp); 

struct v4l2_crop 

{ 

enum v4l2_buf_type type;// 应用程序设置

struct v4l2_rect c; 

} 



7. 申请和管理缓冲区，应用程序和设备有三种交换数据的方法，直接 read/write ，内存映射 (memory mapping) ，用户指针。这里只讨论 memory mapping. 

// 向设备申请缓冲区

VIDIOC_REQBUFS 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp); 

struct v4l2_requestbuffers 

{ 

__u32 count; // 缓冲区内缓冲帧的数目

enum v4l2_buf_type type; // 缓冲帧数据格式

enum v4l2_memory memory; // 区别是内存映射还是用户指针方式

__u32 reserved[2]; 

}; 



enum v4l2_memoy {V4L2_MEMORY_MMAP,V4L2_MEMORY_USERPTR}; 

//count,type,memory 都要应用程序设置

例：申请一个拥有四个缓冲帧的缓冲区 

struct v4l2_requestbuffers req; 

req.count=4; 

req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP; 

ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req); 



获取缓冲帧的地址，长度：

VIDIOC_QUERYBUF 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp); 

struct v4l2_buffer 

{ 

__u32 index; //buffer 序号 

enum v4l2_buf_type type; //buffer 类型

__u32 byteused; //buffer 中已使用的字节数

__u32 flags; // 区分是MMAP 还是USERPTR 

enum v4l2_field field; 

struct timeval timestamp;// 获取第一个字节时的系统时间

struct v4l2_timecode timecode; 

__u32 sequence; // 队列中的序号

enum v4l2_memory memory;//IO 方式，被应用程序设置

union m 

{ 

__u32 offset;// 缓冲帧地址，只对MMAP 有效

unsigned long userptr; 

}; 

__u32 length;// 缓冲帧长度

__u32 input; 

__u32 reserved; 

}; 



MMAP ，定义一个结构体来映射每个缓冲帧。

Struct buffer 

{ 

void* start; 

unsigned int length; 

}*buffers; 



#include <sys/mman.h> 

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); 

//addr 映射起始地址，一般为NULL ，让内核自动选择

//length 被映射内存块的长度

//prot 标志映射后能否被读写，其值为PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE, PROT_NONE 

//flags 确定此内存映射能否被其他进程共享，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE 

//fd,offset, 确定被映射的内存地址

返回成功映射后的地址，不成功返回MAP_FAILED ((void*)-1); 



int munmap(void *addr, size_t length);// 断开映射

//addr 为映射后的地址，length 为映射后的内存长度



例：将四个已申请到的缓冲帧映射到应用程序，用buffers 指针记录。 

buffers = (buffer*)calloc (req.count, sizeof (*buffers)); 

if (!buffers) { 

fprintf (stderr, "Out of memory/n"); 

exit (EXIT_FAILURE); 

} 

// 映射

for (unsigned int n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers) { 

struct v4l2_buffer buf; 

memset(&buf,0,sizeof(buf)); 

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

buf.index = n_buffers; 

// 查询序号为n_buffers 的缓冲区，得到其起始物理地址和大小

if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf)) 

exit(-1); 

buffers[n_buffers].length = buf.length; 

// 映射内存

buffers[n_buffers].start =mmap (NULL,buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd, buf.m.offset); 

if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start) 

exit(-1); 

} 



8. 缓冲区处理好之后，就可以开始获取数据了 

// 启动/ 停止数据流

VIDIOC_STREAMON,VIDIOC_STREAMOFF 

int ioctl(int fd, int request, const int *argp); 

//argp 为流类型指针，如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE. 

在开始之前，还应当把缓冲帧放入缓冲队列：

VIDIOC_QBUF// 把帧放入队列

VIDIOC_DQBUF// 从队列中取出帧

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp); 

例：把四个缓冲帧放入队列，并启动数据流 

unsigned int i; 

enum v4l2_buf_type type; 

// 将缓冲帧放入队列

for (i = 0; i < 4; ++i) 

{ 

struct v4l2_buffer buf; 

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

buf.index = i; 

ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf); 

} 

type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

ioctl (fd, VIDIOC_STREAMON, &type); 



// 这有个问题，这些buf 看起来和前面申请的buf 没什么关系，为什么呢? 





例：获取一帧并处理 

struct v4l2_buffer buf; 

CLEAR (buf); 

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

// 从缓冲区取出一个缓冲帧

ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &buf); 

// 图像处理

process_image (buffers[buf.index].start); 

// 将取出的缓冲帧放回缓冲区

ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);